面试题：缓存设计之分布式缓存一致性解决方案分析

Question

请详细阐述两种常见的分布式系统缓存一致性解决方案（如读写锁策略、缓存失效策略等），并分析它们各自的优缺点及适用场景。

Answer 1

读写锁策略

1. 方案阐述： 在分布式系统中，读写锁允许多个读操作同时进行，但只允许一个写操作进行。当有写操作时，会阻塞所有的读操作和其他写操作，直到写操作完成。读锁之间不互斥，因为读操作不会改变数据，不会产生数据一致性问题；而写锁与读锁、写锁与写锁之间互斥，以保证数据的一致性。
2. 优点：
   • 对于读多写少的场景，性能较高。多个读操作可以并发执行，减少了读操作的等待时间。
   • 实现相对简单，容易理解和编码实现。
3. 缺点：
   • 写操作的并发度低。写操作会阻塞所有其他操作，在写操作频繁的场景下，系统性能会急剧下降。
   • 可能会导致读操作的饥饿问题。如果写操作频繁，读操作可能会长时间等待获取读锁。
4. 适用场景： 适用于读操作远远多于写操作的场景，例如新闻网站、博客等内容展示系统，这些系统主要以读取数据为主，偶尔进行内容更新。

缓存失效策略

1. 方案阐述： 缓存失效策略是指在数据发生变化时，使相应的缓存数据失效。常见的有定时失效和基于事件的失效。定时失效是为缓存数据设置一个过期时间，当时间到达时，缓存数据自动失效。基于事件的失效则是当数据在数据库或其他数据源发生变化时，触发相应的缓存失效操作，将缓存中的对应数据删除或标记为无效。
2. 优点：
   • 定时失效简单易实现，不需要额外的复杂机制去监听数据变化。
   • 基于事件的失效能更及时地保证缓存数据与数据源数据的一致性，特别是在数据变化频繁且对一致性要求较高的场景下。
3. 缺点：
   • 定时失效可能导致在过期时间内，缓存数据与实际数据不一致的情况，尤其是在数据更新较频繁时。
   • 基于事件的失效实现相对复杂，需要建立完善的事件监听和触发机制，并且在分布式环境下，事件的传递和处理可能存在延迟或失败的情况。
4. 适用场景： 定时失效适用于对数据一致性要求不是特别高，数据更新频率较低的场景，如一些静态页面的缓存。基于事件的失效适用于对数据一致性要求较高，数据更新相对频繁的场景，例如电商系统中商品库存、价格等数据的缓存。